Salzige Edelsteine: Forscher haben herausgefunden, warum einige Diamanten so viele salzhaltige Einschlüsse besitzen – bisher war dies ein ungelöstes Rätsel. Nun jedoch ergaben die Experimente, dass die Reaktion von Meeressediment mit Mantelgestein bei hohem Druck und Hitze die besondere Salzzusammensetzung der Einschlüsse erzeugt. Die vor allem für technische Anwendungen verwendeten Bort-Diamanten sind demnach ein Produkt recycelter Ozeankruste, so die Forscher im Fachmagazin „Science Advances“.
Diamanten sind ein Produkt der Extreme: Sie entstehen, wenn Kohlenstoff unter dem enormen Druck und der Hitze des Erdmantels zusammengepresst werden – meist geschieht dies in 150 bis 200 Kilometern Tiefe. Einige besonders reine und große Diamanten, aber auch viele bläuliche Varianten entstanden jedoch sogar einige hundert Kilometer tiefer. Durch urzeitliche Vulkanschlote gelangten die Diamanten dann wieder in die Erdkruste.
Rätsel um salzhaltige Einschlüsse
Doch neben den wertvollen Schmuckdiamanten gibt es unedlere, kleine Varianten, die eine Vielzahl von mineralischen Einschlüssen enthalten und daher kaum transparent sind. Dieser sogenannte „Bort“ wird meist in technischen Anwendungen eingesetzt oder zu Diamantstaub zermahlen. Gerade die Einschlüsse dieser Diamanten-Varianten geben Forschern jedoch bisher Rätsel auf.
„Die eingeschlossenen Fluide können sehr salzhaltig sein, mit einem Kalium-Natrium-Verhältnis von 1:1 bis 9:1“, erklären Michael Förster von der Macquarie University in Sydney und seine Kollegen. Aber woher im Erdmantel dieses Kalium und Natrium stammen könnte, blieb bisher unklar. „Schmelzexperimente mit Peridot, Wasser und Kohlendioxid können zwar die Karbonat-Komponente im Kimberlit erklären, aber nicht den hohen Anteil von Kalium in diesen Einschlüssen“, so die Forscher.
Hochdruck-Bedingungen im Labor
Um das Rätsel der salzigen Diamant-Einschlüsse zu lösen, haben Förster und sein Team nun die Bedingungen bei der Entstehung solcher Bort-Diamanten im Labor nachgestellt. „Es gibt die Theorie, dass diese eingeschlossenen Salze aus Meerwasser stammen“, sagt Förster. Dieses Salzwasser müsste mit den an Plattengrenzen subduzierten Erdplatten in den Erdmantel transportiert und seine Salze dort konzentriert in die Diamanten gelangt sein.
Für ihr Experiment setzten die Forscher einen zweischichtigen Block aus typischem Meeressediment und dem für den Erdmantel typischen Mineral Peridotit im Labor hohem Druck und Hitze aus. „Damit simulieren wir die Reaktion von Sedimenten, die nach schneller Subduktion in einer Tiefe ab rund 100 Kilometer aufschmelzen“, erklären Förster und sein Team.
Sediment und Mantelgestein zusammen
Es zeigte sich: Bei einem Druck von vier bis sechs Gigapascal und Temperaturen zwischen 800 und 1.200 Grad bildeten sich im Gestein Natrium-Kalium-Chloride. Deren Elementverhältnis entsprach relativ genau dem der typischen Einschlüsse in den Bort-Diamanten, wie die Forscher berichten. Auch die Entstehung von Diamantvorstufen in dieser Umgebung konnten sie im Experiment nachvollziehen.
„Damit demonstrieren unsere Experimente, dass die Reaktion zwischen aufgeschmolzenem Sediment und Mantelperidotit in mehr als 120 Kilometern Tiefe die gleichen Fluide produzieren kann wie die in den Diamanten gefundenen“, berichten die Forscher. „Das spricht dafür, dass diese Einschlüsse aus Meeressediment stammen. Die Bildung der Bort-Diamanten wird demnach angetrieben vom Recycling ozeanischer Sedimente in den Subduktionszonen.“ (Science Advances, 2019; doi: 10.1126/sciadv.aau2620)
Quelle: Macquarie University
